Эмбриональный период начинается с момента проникновения сперматозоида в яйцеклетку, т.е. образования зиготы и заканчивается выходом нового организма из яйцевых оболочек или моментом рождения.
В эмбриональном периоде различают: предзиготный период, зиготу, дробление, гаструляцию, гисто- и органогенез.
Предзиготный период характеризуется процессами:
- гаметогенез — образование гамет;
- амплификация генов – синтез и запасание р-РНК и и-РНК в яйце;
- ооплазматическая сегрегация – дифференцировка кортекса цитоплазмы на зоны;
- образование кортикального слоя цитоплазмы, содержащего гранулы гликогена;
- яйцо приобретает полярность формируются: вегетативный, отягощенный желтком, и анимальный полюса.
В яйцеклетках происходит накопление желтка. В зависимости от количества желтка и характера его распределения различают несколько типов яиц:
Изолецитальные яйца содержат немного желтка, и он распределен равномерно по всей клетке. Такие яйца встречаются у иглокожих, ланцетника, млекопитающих. У человека – вторично изолецетальные.
Телолецитальные яйца содержат большое количество желтка, сосредоточенного на вегетативном полюсе. Противоположный полюс, содержащий ядро и цитоплазму без желтка, называется анимальным. Встречаются у моллюсков, земноводных, рептилий, птиц.
Центролецитальные яйца содержат большое количество желтка в центре клетки, а цитоплазма расположена на периферии. Это яйца насекомых.
У животных, которые в постэмбриональный период проходят стадию личинок (иглокожие, насекомые, амфибии), яйца содержат сравнительно немного желтка. Личинки покидают яйцевые оболочки до окончания развития и продолжают его вне яйца. У многих животных с неличиночным типом онтогенеза яйца телолецитальные. У животных с внутриутробным типом развития (млекопитающие) яйца бедны желтком, и он распределен в них равномерно.
Процесс оплодотворения у многоклеточных организмов состоит в объединении спермия и яйцеклетки и образовании качественно новой клетки — зиготы. Зигота – это одноклеточный зародыш. На этой стадии геном не активен.
Следующий этап — дробление зиготы. В основе этого процесса лежит митотическое деление клеток. Однако образующиеся в результате деления дочерние клетки не расходятся, а остаются тесно прилегающими друг к другу. В процессе дробления дочерние клетки прогрессивно уменьшаются. Каждому животному свойствен определенный тип дробления, обусловленный количеством и характером распределения желтка в яйцеклетке. Желток тормозит дробление, поэтому часть зиготы, перегруженная желтком, дробится медленнее или не дробится вовсе.
В изолецитальном, бедном желтком оплодотворенном яйце ланцетника, первая борозда дробления в виде щели начинается на анимальном полюсе и постепенно распространяется в продольном меридиональном направлении к вегетативному, разделяя яйцо на 2 клетки — 2 бластомера. Вторая борозда проходит перпендикулярно первой — образуются 4 бластомера. Третья борозда проходит экваториально: возникает 8 бластомеров. В результате последующих дроблений в меридиональных и экваториальных плоскостях образуется 16, 32, 64 и т.д. бластомеров.
В результате ряда последовательных дроблений формируются группы клеток, тесно прилегающих друг к другу. У некоторых животных такой зародыш напоминает ягоду шелковицы или малины. Он получил название морулы (лат. morum — тутовая ягода) – многоклеточного шара без полости внутри.
В телолецитальных яйцах, перегруженных желтком — дробление может быть полным равномерным или неравномерным и неполным. Бластомеры вегетативного полюса из-за обилия инертного желтка всегда отстают в темпе дробления от бластомеров анимального полюса. Полное, но неравномерное дробление характерно для яиц амфибий. У рыб, птиц и некоторых других животных дробится лишь часть яйца, расположенная на анимальном полюсе; происходит неполное дискоидальное дробление.
В процессе дробления увеличивается число бластомеров, однако бластомеры не вырастают до размеров исходной клетки, а с каждым дроблением становятся мельче. Это объясняется тем, что митотические циклы дробящейся зиготы не имеют типичной интерфазы; пресинтетический период (G1) отсутствует, а синтетический (S) начинается еще в телофазе предшествующего митоза. Во время дробления митозы следуют быстро друг за другом, и к концу периода весь зародыш лишь ненамного крупнее зиготы. В это время бластомеры уже отличаются по характеру цитоплазмы, по содержанию желтка, размерам, что влияет на их дальнейшее развитие и дифференцировку.
Дробление яйца заканчивается образованием бластулы.
Бластула – это многоклеточный однослойный зародыш.
В клетках бластулы устанавливается типичное для каждого вида животных ядерно-плазменное соотношение. Начиная с бластулы, клетки зародыша называют эмбриональными клетками. У ланцетника бластула образуется по достижении зародышем 128 клеток. В силу накопления продуктов жизнедеятельности бластомеров между ними появляется полость (бластоцель, или первичная полость). При полном равномерном дроблении (как у ланцетника) бластула имеет форму пузырька со стенкой в один слой клеток, который назван бластодермой. Стадию бластулы проходят зародыши всех типов животных.
У млекопитающих дробление полное неравномерное, т.к. желтка в яйцах мало. В различных бластомерах оно идет с разным ритмом, и можно наблюдать стадии 2, 3, 6, 7, 9, 10 и т.д. бластомеров. Одни из них (светлые) располагаются по периферии, другие (темные) находятся в центре. Из светлых клеток образуется окружающий зародыш трофобласт, клетки которого выполняют вспомогательную функцию и непосредственно в формировании тела зародыша не участвуют. Клетки трофобласта обладают:
1) способностью растворять ткани, благодаря чему зародыш внедряется в стенку матки;
2) отслаиваются от клеток зародыша, образуя полый пузырек. Полость трофобласта заполняется жидкостью, диффундирующей в нее из тканей матки. Зародыш в это время имеет вид узелка, расположенного на внутренней стенке трофобласта. В результате дальнейшего дробления зародыш принимает форму диска, распластанного на внутренней поверхности трофобласта.
У всех многоклеточных животных следующим за бластулой этапом развития является гаструляция, которая представляет собой процесс перемещения эмбрионального материала с образованием двух или трех слоев тела зародыш, называемых зародышевыми листками. В процессе гаструляции следует различать два этапа:
1) образование экто- и энтодермы — двухслойный зародыш;
2) образование мезодермы — трехслойный зародыш.
У животных с изолецитальным типом яиц гаструляция идет путем инвагинации, т.е. впячивания. Вегетативный полюс бластулы впячивается внутрь. Противоположные полюса бластодермы почти смыкаются, так что бластоцель либо исчезает полностью, либо остается в виде незначительной полости, а из шара возникает двухслойный зародыш.
Внешний слой клеток носит название эктодермы. Внутренний слой называется энтодерма. Формирующаяся полость называется гастроцелем, или первичной кишкой, а вход в кишку получил наименование бластопора, или первичного рта. Края его сближаются, образуя верхнюю и нижнюю губы. У первичноротых, к которым относится большинство типов беспозвоночных, бластопор превращается в окончательный рот, у вторичноротых (иглокожих и хордовых) из него формируется анальное отверстие либо он зарастает, а рот образуется на противоположном конце тела.
Другими способами гаструляции являются: деляминация, эпиболия, иммиграция и смешанный способ.
При деляминации клетки зародыша делятся параллельно его поверхности, образуя наружный и внутренний зародышевый листки.
Эпиболия встречается у животных, имеющих телолецитальные яйца. При этом способе гаструляции мелкие клетки анимального полюса обрастают и покрывают снаружи крупные, богатые желтком клетки вегетативного полюса, которые становятся внутренним слоем.
Образование гаструлы путем иммиграции характерно для кишечнополостных. Этот способ заключается в массовом активном перемещении клеток бластодермы в бластоцель.
Чаще всего имеет место смешанный тип гаструляции, когда одновременно проходят и впячивание, и обрастание, и миграция. Так протекает, например, гаструляция у земноводных.
На стадии двух зародышевых листков заканчивается развитие губок и кишечнополостных. У всех организмов, относящихся к типам, стоящим на более высоких ступенях эволюции, развиваются три зародышевых листка.
Третий, или средний зародышевый листок называется мезодермой, так как он образуется между наружным и внутренним листками.
Различают два основных способа образования мезодермы - телобластический и энтероцельный.
Телобластический способ встречается у многих беспозвоночных. Заключается он в том, что вблизи бластопора с двух сторон первичной кишки во время гаструляции образуется по одной крупной клетке телобласту. В результате размножения телобластов формируется мезодерма.
Энтероцельный способ характерен для хордовых. В этом случае с двух сторон от первичной кишки образуются выпячивания – карманы, или целомические мешки. Внутри карманов находится полость, представляющая собой продолжение первичной кишки — гастроцеля. Целомические мешки полностью отшнуровываются от первичной кишки и разрастаются между экто- и энтодермой. Клеточный материал этих участков дает начало мезодерме. Дорсальный отдел мезодермы, лежащий по бокам от нервной трубки и хорды, расчленен на сегменты — сомиты. Вентральный ее отдел образует сплошную боковую пластинку, находящуюся по бокам кишечной трубки. Сомиты дифференцируются на три отдела: медиальный -склеротом, центральный -миотом и латеральный -дерматом. В вентральной части мезодермальной закладки принято различать нефрогонотом (ножка сомита) и спланхнотом. Закладка спланхнотома разделяется на два листка, между которыми образуется полость. Она называется вторичной полостью, или целомом. Висцеральный листок граничит с энтодермальной кишечной трубкой, а париентальный — лежит непосредственно под эктодермой.
Гистогенез - процесс образования тканей.
Органогенез - формирование органов.
Дифференцированный на три эмбриональных листка зародышевый материал дает начало всем тканям и органам.
Из эктодермы развиваются ткани нервной системы, очень рано обособляющиеся. У хордовых она первоначально имеет форму нервной пластинки. Эта пластинка растет интенсивнее остальных участков эктодермы и затем прогибается, образуя желобок. Размножение клеток продолжается, края желобка смыкаются, возникает нервная трубка, которая тянется вдоль тела от переднего конца к заднему. На переднем конце нервной трубки путем дальнейшего роста и дифференцировки формируется головной мозг. Отростки нервных клеток центральных отделов нервной системы образуют периферические нервы. Кроме того, из эктодермы развиваются наружный покров кожи — эпидермис и его производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы, эмаль зубов, воспринимающие клетки органов зрения, слуха, обоняния и т.п.).
Из энтодермы развивается эпителиальная ткань, выстилающая органы дыхательной, частично мочеполовой и пищеварительной систем, в том числе печень и поджелудочную железу.
Из мезодермы: миотом дает начало скелетной мускулатуре, нефрогонотом — органам выделения и половым железам (гонадам). Клетки, образующие висцеральные и париетальные листки спланхнотома, являются источником эпителиальной выстилки вторичной полости тела — целома. За счет элементов склеротома развиваются хрящевая, костная и соединительная ткани внутренних органов, кровеносных сосудов, гладкой мускулатуры кишок, дыхательных и мочеполовых путей. В образовании сердца принимает участие также висцеральный листок спланхнотома. Дерматом дает начало соединительной ткани кожи.
Железы внутренней секреции имеют различное происхождение: одни из них (эпифиз, часть гипофиза) развиваются из закладок нервной системы, другие — из эктодермы. Надпочечники и половые железы являются производными мезодермы.
В процессе эмбрионального развития очень рано обособляются первичные половые клетки. У млекопитающих и человека первичные половые клетки обособляются на ранних этапах органогенеза. В дальнейшем они перемещаются к месту окончательного расположения и входят в состав половых желез.
Органогенез. В этой стадии можно выделить две фазы.
Первая — нейруляция, состоит в образовании комплекса осевых органов: нервной трубки, хорды и кишечника. Зародыш на стадии нейруляции называется нейрулой. Нервная трубка образуется в результате опускания пласта клеток эктодермы, образования вначале нервного желобка, края которого затем смыкаются. Передний, расширенный отдел в дальнейшем развитии образует головной мозг, остальная часть нервной трубки спинной мозг.
Отличительной чертой первой фазы органогенеза служит то, что в морфологические перестройки, сопровождающиеся формированием центральной нервной системы, вовлекается почти весь зародыш.
Вторая фаза заключается в построении остальных органов, приобретении различными участками тела типичной для них формы и черт внутренней организации, установлении определенных пропорций. Развитие других органов представляет собой пространственно ограниченные процессы.
Образование хорды по времени соответствует самым ранним этапам нейруляции и происходит путем обособления по средней линии клеточного материала из зачатка, общего с энтодермой и мезодермой — стенки первичной кишки.
Органогенез завершается в основном к концу эмбрионального периода развития. Однако дифференцировка и усложнение органов продолжается и в постэмбриональном онтогенезе. Описанные процессы связаны не только с активным клеточным размножением первичных эмбриональных закладок, но и с их значительным перемещением, изменением формы тела зародыша, образованием отверстий и полостей, а также с формированием ряда временных зародышевых (провизорных) органов.
Критические (чувствительные, сенситивные) периоды - это такие стадии онтогенеза, которые характеризуются наибольшей чувствительностью организма или его частей, к раздражителям внешней среды.
Результаты классических исследований эмбриолога П.Г. Светлова (1960) указали на два критических периода в развитии плацентарных млекопитающих, связанных с периодом имплантации и плацентации. Однако этими двумя периодами не исчерпывается проблема критических периодов. В процессе закладки каждого органа также существуют особо чувствительные периоды, когда воздействие неблагоприятных факторов среды может вызвать то или иное отклонение в его развитии (то есть аномалию). В критические периоды зародыш или плод становится высоко реактивным и лабильным по отношению к действию внешних факторов. Аномалии развития возникают при этом в силу того, что борьба организма с разрушительными процессами (то есть, регуляторная функция органов и систем плода) в эти периоды может быть ослаблена. Непосредственной причиной аномалии может послужить либо остановка развития той или иной системы организма в критический период, либо нарушение координации в скорости компенсаторных ответных реакций систем развивающегося плода. Чем на более ранней стадия своего развития находится эмбрион, тем его ответная реакция на действие патогенного фактора более отличается от реакции систем взрослого организма.
В эмбиогенезе человека к критическим периодам относят:
1) оплодотворение;
2) имплантацию (7 - 8-е сутки эмбриогенеза);
3) развитие осевого комплекса зачатков органов и плацентацию (3 - 8-я недели);
4) развитие головного мозга (15 - 20-я недели);
5) формирование основных систем организма, в том числе половой (20 - 24-я недели). В эти периоды наиболее вероятно возникновение различных аномалий и пороков развития у плода.
Также критическими периодами можно назвать определенные сроки беременности, когда особенно высока опасность ее прерывания. Как правило, угроза невынашивания на этих сроках обусловлена обычными физиологическими процессами, которые становятся патологическими под действием неблагоприятных факторов. Для каждого критического периода можно выделить наиболее характерные причины прерывания беременности.
I триместр.
Первый критический период приходится на 7 - 8 сутки беременности, когда женщина может и не подозревать о том, что в ее организме начинает расти новая жизнь. На этом сроке плодное яйцо попадает в полость матки и закрепляется в ее слизистой оболочке - эндометрии. Этот процесс может быть нарушен из-за патологических изменений половых органов женщины, таких как: аномальное строение матки (генитальный инфантилизм, двурогая или седловидная матка, наличие в матке перегородок); травмы эндометрия после искусственного аборта; миома матки; рубцы после кесарева сечения. Другая причина самопроизвольного аборта на сверхранних сроках - генетические аномалии плода. Большинство хромосомных нарушений является следствием мутаций в половых клетках родителей или зародыша (на ранних стадиях его развития), происходящих под влиянием внешних неблагоприятных факторов (например, приема некоторых лекарственных препаратов, воздействия ионизирующего излучения и т.п.). Таким образом происходит что-то вроде естественного отбора будущего потомства.
эмбриональное развитие беременность плод
Следующий критический период - 8-12 недель беременности. В этом случае наиболее частая причина невынашивания - нарушения гормонального фона. На этом сроке прекращает свое существование "желтое тело", образовавшееся на месте яйцеклетки после овуляции, и начинает формироваться и функционировать плацента. "Желтое тело" вырабатывало прогестерон - гормон, поддерживающий беременность. Теперь эту функцию берет на себя плацента. Если в момент передачи подобной "эстафеты" уровень прогестерона снижается, беременность оказывается под угрозой. Иногда встречается одновременный дефицит прогестерона и эстрогенов. Эстрогены - гормоны, которые яичники вырабатывают в первой фазе менструального цикла, - обеспечивают развитие матки и рыхлость эндометрия. К снижению уровня эстрогенов и гестагенов (прогестерона) может привести дисфункция яичников, надпочечников и щитовидной железы, заболевания гипофиза.
II триместр.
Критический период 18-22 недели беременности - время активного роста матки. На этом этапе опасность представляет низкое расположение и предлежание плаценты (полное, неполное). Если у женщины еще в первом триместре наблюдались описанные выше патологические явления, а также были обнаружены какие-либо инфекционные заболевания, то плацента становится уязвимой, а неправильное расположение может спровоцировать ее отслойку и кровотечение. Однако чаще всего поздние выкидыши бывают вызваны таким патологическим состоянием, как истмико-цервикальная недостаточность (ИЦН). Вследствие травм перешейка и шейки матки (при абортах, родах крупным плодом, наложении акушерских щипцов) или врожденных аномалий, мускулатура в этом месте теряет способность к сокращению, шейка матки раскрывается и не может удерживать плодное яйцо. Под действием силы тяжести оно опускается вниз, в результате чего может развиться родовая деятельность.
III триместр.
Период 28-32 недели беременности - очередной этап интенсивного роста плода и матки. Невынашивание на этом сроке может быть вызвано тяжелыми формами поздних токсикозов, ИЦН, гормональными нарушениями, отслойкой плаценты. Прерывание беременности на этом сроке называют преждевременными родами, т.к. ребенок появляется на свет жизнеспособным, однако его состояние требует серьезной реабилитации.
Все триместры беременности считаются критическими, но еще и дни, соответствующие началу менструаций в том случае, если бы не произошло зачатия, а также сроки наступления самопроизвольного или искусственного прерывания прошлых беременностей: считается, что организм "сохраняет память" о необходимости гормональной перестройки.
При возникновении угрозы выкидыша во II триместре врачи стационара будут бороться за сохранение беременности в том случае, если плод жив, его развитие соответствует сроку, а ситуация не представляет угрозы для жизни матери. В зависимости от причины, вызвавшей патологические процессы, может быть назначена: заместительная гормональная терапия; сужение канала шейки матки хирургическим путем при ИЦН; терапия, направленная на снижение тонуса матки и улучшение плацентарного кровотока при развитии иммунологического конфликта и других проблем с плацентой; антибиотико терапия для лечения половых инфекций.
Если же критическая ситуация возникла в III триместре, врачи будут пытаться максимально продлить беременность, применяя методы лечения, в основном аналогичные методам, используемым во II триместре, а кроме того, будут применять препараты, направленные на ускоренное созревание легких ребенка (профилактика так называемого дистрессиндрома плода).
Влияние тератогенных факторов.
Изучение эпидемиологии врожденных пороков развития (ВПР) является актуальной проблемой современной медицины. ВПР занимают второе-третье место в структуре младенческой смертности. Причем, чем меньше показатель младенческой смертности, тем большую роль в нем составляют врожденные аномалии.
Большую роль в возникновении ВПР играют так называемые тератогенные факторы. Тератология - наука, изучающая причины возникновения, развития и профилактику врожденных пороков развития.
Под термином "врожденные пороки" следует понимать стойкие морфологические изменения органа или всего организма, выходящие за пределы вариаций их строений. ВП развития возникают внутриутробно в результате нарушения процессов развития зародыша или (много реже) после рождения ребенка, как следствие нарушения дальнейшего формирования органов.